חברת SILICON LABS ממליצה על שמונה תכונות של MCU מבוסס ARM שעליך לשקול

חברת SILICON LABS אשר מתמקדת בתחום מיקרוקונטרולריים דלי הספק נותנת כלים אוביקטיביים לפני בחירה של MCU נכון לצרכי הלקוח.
על אף הרושם החיצוני, לא כל ה-MCUs המבוססים על ארכיטקטורת ARM מציעים אותה רמה של ביצועים ויעילות אנרגיה, כך שחשוב לשאול את השאלות הנכונות ולבצע את הבחירה הטובה ביותר עבור היישום שלך.

מבוא
מעולם לא היו לך כל כך הרבה אופציות של בחירת מיקרו-בקר (microcontroller- MCU) כמו שיש לך כיום. תיקי MCU של ספקים רבים כוללים מאות גרסאות שונות על הנושא. על אף שדומה שהופעת ה-MCUs מבוססי ARM Cortex-M היא בלב מגוון רחב של בחירות, במציאות היה תמיד שדה רחב של אופציות של -32ביט.
בעבר, תמיכה על כל סט הוראות הייתה כמעט המרכיב המרכזי (אם כי חשוב) בתהליך הבחירה, אך תודות ל-ARM החשיבות של סט ההוראות הפכה לנושא לויכוח. המערכת האקולוגית מסביב לליבות ה-Cortex-M פירושה שהמהנדסים יכולים לבנות תקן מבוסס רק על ארכיטקטורה אחת. אך דבר זה עדיין מותיר הרבה תכונות להשוואה. ביישומים המשובצים של היום, הדבר מפנה את המוקד על רשימה קצרה של פרמטרים שעדיין ניתן למדוד כנגד הדרישות.

הבה נעיין בשמונה מתכונות ה-MCU החשובות ביותר שיש להביא בחשבון:

הספק אקטיבי
כמו בכל ההתקנים המשולבים המיוצרים תוך שימוש בטכנולוגיית CMOS, MCUs צורכים הספק רק כאשר השערים הלוגיים שלהם משנים מצב. מספר שערי ה-CMOS ב-MCU חדיש פירושו שצריכת ההספק עשויה להפוך למשמעותית, במיוחד בקצבי שעון גבוהים. מסיבה זו, צריכת ההספק האקטיבית היא נתון קריטי, ונושא בו רוב יצרני ההתקנים התמקדו בשנים האחרונות. רוב ה-MCUs ישאפו להשיג איזון בין צריכת ההספק האקטיבי וביצועי העיבוד. אף כאשר אותה הליבה נמצאת במרכז ההתקן, פרמטר זה עשוי להשתנות משמעותית בהתאם למומחיות התכנון של משווק ה-MCU.

ביצועים
ביצועי MCU מדווחים קשורים ישירות להספק האקטיבי. חשוב להבין את תורת המדידה של הביצועים, במיוחד כאשר מעיינים בדף הנתונים, מאחר שהמפרטים מדווחים לעתים קרובות כבתנאי פעולה-“אידיאליים” (או ליתר דיוק בלתי-מעשיים). קשה לספק הן ביצועים גבוהים והן הספק אקטיבי נמוך, ושוב, זהו תחום בו ספקי ה-MCU יכולים להבדיל בין הצעות המוצרים שלהם. השווה בזהירות את מפרטי הביצועים של דף הנתונים ושאל את ספק ה-MCU על תנאי הפעולה של העולם הממשי המספקים תוצאות אלו.

היענות
אחת הדרכים לשמור על הספק אקטיבי נמוך היא להקטין את תדר הפעולה, אשר מוביל בצורה בלתי-נמנעת ודי טבעית אל מודי שינה (sleep modes). ניתן להציב כל MCU במוד בו הוא צורך את כמות ההספק האקטיבי והפסיבי הפחותה ביותר, אולם תמיד דבר זה כרוך בפתיקה (gating) של השעון וההספק, כלומר בהעברת השעון ו/או ההספק לאזורים ספציפיים של ה-MCU. התשלום עבור השימוש בטכניקה זו ללא ההתחשבות הרצויה בדרישות יישום המטרה עשוי לגרום שה-MCU יהיה איטי בשובו למטלות שלו כאשר נדרש. התעוררות מהירה ממודים של שינה עמוקה היא פרמטר הזוכה לויכוח מר בין ספקי ה-MCU.

יעילות אנרגיה
אם היענות מוקטנת היא התשלום עבור השימוש במודי שינה, היתרון הוא בצריכת אנרגיה נמוכה יותר. כאן המגמה היא- והייתה מזה זמן – לממש תחום של מודי שינה המציע את הרמה הנכונה של יעילות עבור תנאי הפעולה הנכונים. על מודי השינה המציעים צריכת הספק מוקטנת והתעוררויות מהירות להשלים מודי שינה עמוקה המקטינים את צריכת ההספק למינימום מוחלט – אף במחיר זמני התעוררות ארוכים יותר – כאשר הדבר דרוש על-ידי היישום. השילוב של מודים מאוד נמוכי-הספק ושינה מגדיר את יעילות האנרגיה של MCU (ראה איור 1).

ציוד היקפי
התפתחות חדשה בתכנון MCU הייתה מימוש חוכמה גדולה יותר בתת-המערכות ההיקפיות, ומתן אפשרות לציוד היקפי שונה לפעול באופן עצמאי. בנוסף ליצירת ממד חדש לפיתוח היישום, היתרון המכריע של ציוד היקפי עצמאי הוא בכך שהוא מאפשר לליבה להישאר במוד שינה (עמוקה) הרבה יותר זמן. במקום ההכרח לצאת ממוד שינה עמוקה, החוסך הספק, כדי לבדוק אירוע. ציוד היקפי עצמאי מסוגל לרשום אירוע ולהחליט באם הוא דורש את התערבות הליבה. אם היישום שלך דורש יעילות אנרגיה מצוינת, הבטח לבחור MCU בעל ארכיטקטורה התומכת בפעולת ציוד היקפי עצמאי.

מידע
עצמאות בפעולה אינה חייבת להסתיים באירוע יחיד; MCUs אחדים מממשים עתה מערכות המאפשרות ציוד היקפי מרובה לפעול יחדיו ובכך לפצל תנאים מורכבים יותר או שורה של אירועים עצמאיים לפני שמעוררים את ליבת ה-CPU. תכונה זו היא הרבה פחות תדיר נתמכת על-ידי ספקי ה-MCU אך יכולה לספק יתרונות משמעותיים ביישומים ספציפיים, בעיקר אלה שהם מוזני-סוללה ושהם חייבים לגלות אירועים או תנאים שכיחים, דוגמת שינויים סביבתיים (לחות, עשן ו-CO2) או חדירה.
ממשקים
ספקים מעטים מציעים MCUs בעלי יכולת להתממשק ישירות ובחוכמה לתחום רחב יותר של אותות. MCUs הם מטבעם דיגיטליים אך הם מציעים רמה גבוהה של יכולת באותות מעורבים, כגון שילוב ממיר(ים) אנלוגי לדיגיטלי ו/או דיגיטלי לאנלוגי. אולם, מאחר שהעולם בו אנו חיים נשאר מטבעו אנלוגי, נהיה יותר ויותר חיוני להציע תמיכה גדולה יותר עבור אותות אנלוגיים, במיוחד אלה המופקים על-ידי חיישנים. ה-Internet of Things יצויד בחיישנים מתקדמים אשר יכללו הרבה אותות אנלוגיים קטנים. היכולת לממשק ישירות לחיישנים קיבוליים, השראתיים או התנגדותיים קטנים ולפצל בצורה חכמה את האותות לפני שמעוררים את ה-CPU תהפוך ללא ספק למקרה של שימוש מקובל עבור תכנונים מכווני-IoT.
תוכנה
אם כי, כמו שצוין קודם, משפחת ה-ARM Cortex נהנית ממערכת אקולוגית של ספקי תוכנה, יישומי-סוף עדיין זקוקים לקוד יישומים מיוחד. פיתוח תוכנה מוכרת כיום בתור הצרכן היחיד הגדול ביותר של משאבים הנדסיים, כך שכאשר בוחרים את ה-MCU הנכון חשוב לעיין ברמת התמיכה בתוכנה ובאיכות הכלים הזמינים הן מהמערכת האקולוגית והן מספק ה-MCU. עדיין חיוני שספק ה-MCU יציע כלי פיתוח תוכנה רובוטיים וידידותיים למשתמש. אף אם ה-IDE מסופק על-ידי שותף מועדף, תמיד יהיו מרכיבים של תמיכה הדרושים עבור תכונות מבדילות ספציפיות. חפש ספקי MCU המספקים מערכות אקולוגיות מאוד נרחבות (כמתואר באיור 2) המיועדות לפשט את תהליך התכנון, והמאפשרות למפתחים לנוע במהירות ובקלות מרעיון התכנון למוצר הסופי.

סיכום
בחירה של ה-MCU המתאים ביותר עבור יישום נתון דורשת הבנה מעמיקה הן של היישום והן של פתרונות ה-MCU הזמינים. ברמה גבוהה, הרבה MCUs מבוססי-ARM עשויים להיראות דומים, אך האמת היא שהם אינם כאלה. על-ידי הגדרה זהירה של דרישות היישום שלך, המהנדסים יהיו מצוידים טוב יותר כדי להעריך את אופציות הספק ולמצוא את ה-MCU האידיאלי.
כדי ללמוד יותר על ייטוב צריכת ההספק תוך שימוש ב-MCUs מבוססי ליבות Arm Cortex-M, נא עיינו בדף התכונות של Silicon Labs Top Ten 32-bit MCU.
חברת SILICON LABS מיוצגת ע”י חברת דטא גי סי אלקטרוניקה לשאלות נוספות ניתן לפנות לנציגי החברה